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火币区块链科普系列:区块链是什么?

区块链是一个信息技术领域的术语。从本质上讲,它是一个共享数据库,存储于其中的数据或信息,具有“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征。基于这些特征,区块链技术奠定了坚实的“信任”基础,创造了可靠的“合作”机制,具有广阔的运用前景。

2019年10月24日,在中央政治局第十八次集体学习时,习近平总书记强调,“把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”“加快推动区块链技术和产业创新发展”。2020年4月,区块链被发改委纳入新基建。

火币研习社日常分享过程中,喜欢用这样的方式帮助大家理解。

区块链技术可以理解成信息时代的“纸”。纸在人类文明发展进程中纸的发明具有重大意义,是信息和价值的承载体,纸可以写字承载信息,可以印成钱承载价值。而区块链则是信息时代的“纸”,从更高维度的立场实现信息传递和价值传递。像腾讯支持的区块链发票,则是把区块链这张纸做成了发票,而美国为代表的STO发币模式,则是把区块链这张纸做成了证券。

如果有人问,既然是纸,为什么比特币这样的纸可以非常值钱?古埃及的莎草纸如今依然存在,如果把古埃及的莎草纸作为收藏品,那么这样的纸张自然是非常值钱的,因为稀缺。

起源

“区块链”这个词的由来,是比特币白皮书英文原版里的“chain of blocks”,中国市场翻译这个句子的时候,直接用了“区块链”一词,而后这个词直接就被写成了“blockchain”,成为如今全球整个区块链技术层面的专有名词。

区块链起源于比特币,2008年11月1日,一位自称中本聪(Satoshi Nakamoto)的人发表了《比特币:一种点对点的电子现金系统》一文 ,阐述了基于P2P网络技术、加密技术、时间戳技术、区块链技术等的电子现金系统的构架理念,这标志着比特币的诞生。两个月后理论步入实践,2009年1月3日第一个序号为0的创世区块诞生。几天后2009年1月9日出现序号为1的区块,并与序号为0的创世区块相连接形成了链,标志着区块链的诞生。

这就如同原子弹的发明,真正推动这个技术发展的原始动力,是军事需求,至于核能最终会在什么领域发挥更大作用,这不会影响原子弹的意义。如果我们把区块链比作是核能,比特币就是原子弹,实体应用就类似于核电站、核动力航母、潜艇、核动力破冰船,甚至是核动力卡车等等。

不管是什么人来解释区块链,都无法绕过比特币,就像要介绍汽车的历史,就绕不开卡尔本茨,要介绍飞机的历史,就绕不开莱特兄弟一样。比特币“发明”和证实了区块链这个技术的可行性,比特币不是块链技术的全部,仅仅是应用之一。比特币就是采用了区块链技术。

核心技术

区块链本质上是一串使用密码学相关联所产生的数据块,具体来讲,一个随机哈希算法的结果,区块链唯一做的事情就是获得一些输入然后进行计算,并得到一串64位的随机数字和字母的字符串,每一个数据块中包含了多次比特币网络交易有效确认信息,区块链就是由一连串、不重复、的数据块组成的。

例如:000000000000084b6550604bf21ad8a955b945a0f78c3408c5002af3cdcc14f5

区块链基础架构模型

一般说来,区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成?。其中,数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法;网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等;共识层主要封装网络节点的各类共识算法;激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来,主要包括经济激励的发行机制和分配机制等;合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约,是区块链可编程特性的基础;应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。

该模型中,基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。

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分布式账本

分布式账本指的是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成,而且每一个节点记录的是完整的账目,因此它们都可以参与监督交易合法性,同时也可以共同为其作证。

跟传统的分布式存储有所不同,区块链的分布式存储的独特性主要体现在两个方面:一是区块链每个节点都按照块链式结构存储完整的数据,传统分布式存储一般是将数据按照一定的规则分成多份进行存储。

二是区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的,依靠共识机制保证存储的一致性,而传统分布式存储一般是通过中心节点往其他备份节点同步数据。没有任何一个节点可以单独记录账本数据,从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。也由记账节点足够多,理论上讲除非所有的节点被破坏,否则账目就不会丢失,从而保证了账目数据的安全性。

非对称加密

存储在区块链上的交易信息是公开的,但是账户身份信息是高度加密的,只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到,从而保证了数据的安全和个人的隐私。

共识机制

共识机制就是所有记账节点之间怎么达成共识,去认定一个记录的有效性,这既是认定的手段,也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制,适用于不同的应用场景,在效率和安全性之间取得平衡。

区块链的共识机制具备“少数服从多数”以及“人人平等”的特点,其中“少数服从多数”并不完全指节点个数,也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量。“人人平等”是当节点满足条件时,所有节点都有权优先提出共识结果、直接被其他节点认同后并最后有可能成为最终共识结果。以比特币为例,采用的是工作量证明,只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下,才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候,这基本上不可能,从而杜绝了造假的可能。

智能合约

智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据,可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款,允许在没有第三方的情况下进行可信交易,这些交易可追踪且不可逆转。智能合约概念于1995年由Nick Szabo首次提出。智能合约的目的是提供优于传统合约的安全方法,并减少与合约相关的其他交易成本。

特征

去中心化。区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施,没有中心管制,除了自成一体的区块链本身,通过分布式核算和存储,各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出最本质的特征。

开放性。区块链技术基础是开源的,除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人开放,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明。

独立性。基于协商一致的规范和协议(类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法),整个区块链系统不依赖其他第三方,所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据,不需要任何人为的干预。

安全性。只要不能掌控全部数据节点的51%,就无法肆意操控修改网络数据,这使区块链本身变得相对安全,避免了主观人为的数据变更。

匿名性。除非有法律规范要求,单从技术上来讲,各区块节点的身份信息不需要公开或验证,信息传递可以匿名进行。

类型

公有区块链

公有区块链(Public Block Chains)是指:世界上任何个体或者团体都可以发送交易,且交易能够获得该区块链的有效确认,任何人都可以参与其共识过程。公有区块链是最早的区块链,也是应用最广泛的区块链,各大bitcoins系列的虚拟数字货币均基于公有区块链,世界上有且仅有一条该币种对应的区块链 。

联盟区块链

联盟区块链(Consortium Block Chains):由某个群体内部指定多个预选的节点为记账人,每个块的生成由所有的预选节点共同决定(预选节点参与共识过程),其他接入节点可以参与交易,但不过问记账过程(本质上还是托管记账,只是变成分布式记账,预选节点的多少,如何决定每个块的记账者成为该区块链的主要风险点),其他任何人可以通过该区块链开放的API进行限定查询 。

私有区块链

私有区块链(Private Block Chains):仅仅使用区块链的总账技术进行记账,可以是一个公司,也可以是个人,独享该区块链的写入权限,本链与其他的分布式存储方案没有太大区别。传统金融都是想实验尝试私有区块链,而公链的应用例如bitcoin已经工业化,私链的应用产品还在摸索当中。

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